(57)【要約】【課題】ベローズ管と口金との境界部分からのリークを抑制し得る構造が付与されたフレキシブルチューブ、およびその製造方法を提供すること。【解決手段】ベローズ管部になる部分１ａと口金部になる部分２ａとを連続して有する１本の金属製の管状素材から、ベローズ管部１と口金部２とを有するフレキシブルチューブを形成する。これによってベローズ管部１と口金部２との境界部３に接合構造が存在しない、フレキシブルチューブが得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製のベローズ管部を有し、かつ、その少なくとも一方の管端部に該ベローズ管部よりも肉厚の厚い金属製の管状部分を口金部として有するフレキシブルチューブであって、
口金部とベローズ管部とが、ベローズ管部になる部分と口金部になる部分とを連続して有する１本の金属製の管状素材から、互いに連続するように形成されたものであり、それによって口金部とベローズ管部との境界部に接合構造が存在しないことを特徴とする、フレキシブルチューブ。
【請求項２】
口金部が、ベローズ管部の両方の管端部に設けられている、請求項１記載のフレキシブルチューブ。
【請求項３】
ベローズ管部の両端間の中間部分に、該ベローズ管部よりも肉厚の厚い中間管状部分が存在しており、
ベローズ管部と中間管状部分とが、ベローズ管部になる部分と中間管状部分になる部分とを連続して有する１本の金属製の管状素材から、互いに連続するように形成されたものであり、それによってベローズ管部と中間管状部分の境界部に接合構造が存在しないものである、請求項１または２記載のフレキシブルチューブ。
【請求項４】
口金部に、外部の配管系との接続を行うための接続用構造が設けられている、請求項１〜３のいずれかに記載のフレキシブルチューブ。
【請求項５】
金属製のベローズ管部を有し、かつ、その少なくとも一方の管端部に該ベローズ管部よりも肉厚の厚い金属製の管状部分を口金部として有するフレキシブルチューブを製造するための方法であって、
ベローズ管部になる部分とその少なくとも一方の端部に口金部になる部分とを連続して有する１本の金属製の管状素材を用意し、該管状素材は、口金部になる部分の肉厚がベローズ管部になる部分の肉厚よりも厚いものであり、
前記ベローズ管部になる部分の管壁を蛇腹状に加工してベローズ管部とし、それによって、ベローズ管部と口金部とが互いに連続し両者の境界部に接合構造が存在しないフレキシブルチューブを得ることを特徴とする、フレキシブルチューブの製造方法。
【請求項６】
上記管状素材が、ベローズ管部になる部分の両方の端部に口金部になる部分を有するものである、請求項５記載の製造方法。
【請求項７】
さらに、上記管状素材が、ベローズ管部になる部分の両端間の中間部分に、該ベローズ管部になる部分よりも肉厚の厚い中間管状部分を有しており、
中間管状部分をそのままにして、その両側のベローズ管部になる部分の管壁を蛇腹状に加工してベローズ管部とし、それによって、ベローズ管部と中間管状部分とが互いに連続し両者の境界部に接合構造が存在しないフレキシブルチューブを得るものである、請求項５または６記載の製造方法。
【請求項８】
切削および／または引き抜きによって、上記管状素材を形成するものである、請求項５〜７のいずれかに記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属製のベローズ管の管端部に口金が付与された構成を有するフレキシブルチューブとその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属製のベローズ管は、一本の金属管の管壁を蛇腹状に加工されたものであって、その蛇腹構造によって、金属管でありながら可撓性を備えたものである（例えば、非特許文献１など）。以下、金属製のベローズ管を単に「ベローズ管」とも呼ぶ。
ベローズ管を用いたフレキシブルチューブは、種々の産業分野における配管等に用いられており、特に、金属管であるが故の高い機械的強度と気密性から、例えば、水素燃料電池などにおける高圧流体を移送するための配管用や、強い振動を受ける部分における振動吸収配管用などとしても期待されている。以下、金属製のベローズ管を用いたフレキシブルチューブを単に「フレキシブルチューブ」とも呼ぶ。
【０００３】
図４は、従来のフレキシブルチューブの構成を示す図である。同図に示すように、ベローズ管１００の両端部（図では、一方の端部だけを示している）には、他の配管と接続するための口金１０１として、直管状の金属パイプが溶接またはロウ付けによって接合されている。この口金１０１の最外端部には、さらに、ネジや管継手構造など、外部管路との接続のための構造１０２が適宜設けられる。
【０００４】
ベローズ管１００と口金１０１との端部同士の接合部分Ｓは、十分な機械的強度を有し、かつ、その接合部分から内部の流体が漏洩しないような気密性を有することが必要である。そのような接合構造を得るために接合方法としては、タングステン・イナート・ガス・アーク溶接（ＴＩＧ溶接）などの種々の溶接や、ロウ付けなどが挙げられる。このような口金を端部に備えたベローズ管については、特許文献１などに詳細に説明されている。
【０００５】
また、ベローズ管と口金との接合の加工性を鑑みると、口金の外径または内径は、少なくとも接合部分においては、ベローズ管端部との溶接が可能なように、ベローズ管の蛇腹の外径〜内径の範囲内とすることが好ましい。図４の例では、口金１０１は、内径がベローズ管の内径と略同じであり、外径は、ベローズ管の蛇腹の振幅にあわせて接合部分Ｓの側だけがフランジの如く大きくなっている。
【０００６】
しかしながら、本発明者等が、上記のようなベローズ管端部における口金の接合構造を検討したところ、ベローズ管と口金との接合加工の良否によっては該接合部分からリークが生じるという問題が存在し、該リーク不良を抑制するために、常に高い品質の接合加工が必要であり、また、使用目的によっては、溶接による変色の除去加工や、漏れ検出感度の高いリーク試験が必要であり、加工コストが高くなっているなどの問題が存在することがわかった。またさらに、溶接によって、金属組織が変化し、材料の劣化が生じる場合があることもわかった。
【特許文献１】ＷＯ  ２００４／０２３０１７
【非特許文献１】塑性と加工（日本塑性加工学会誌）第32巻第366号（1991-7）第818〜823頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、ベローズ管と口金との接合構造に存在する上記問題点を解消し、ベローズ管と口金との境界部分からのリークを抑制し得る構造が付与されたフレキシブルチューブおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、ベローズ管と口金とを１本の金属直管から製造することによって継ぎ目を無くせば、より接合加工の不具合に起因するリーク不良を低減できることを見出し、本発明を完成させた。即ち、本発明は、次の特徴を有するものである。
（１）金属製のベローズ管部を有し、かつ、その少なくとも一方の管端部に該ベローズ管部よりも肉厚の厚い金属製の管状部分を口金部として有するフレキシブルチューブであって、
口金部とベローズ管部とが、ベローズ管部になる部分と口金部になる部分とを連続して有する１本の金属製の管状素材から、互いに連続するように形成されたものであり、それによって口金部とベローズ管部との境界部に接合構造が存在しないことを特徴とする、フレキシブルチューブ。
（２）口金部が、ベローズ管部の両方の管端部に設けられている、上記（１）記載のフレキシブルチューブ。
（３）ベローズ管部の両端間の中間部分に、該ベローズ管部よりも肉厚の厚い中間管状部分が存在しており、
ベローズ管部と中間管状部分とが、ベローズ管部になる部分と中間管状部分になる部分とを連続して有する１本の金属製の管状素材から、互いに連続するように形成されたものであり、それによってベローズ管部と中間管状部分の境界部に接合構造が存在しないものである、上記（１）または（２）記載のフレキシブルチューブ。
（４）口金部に、外部の配管系との接続を行うための接続用構造が設けられている、上記（１）〜（３）のいずれかに記載のフレキシブルチューブ。
（５）金属製のベローズ管部を有し、かつ、その少なくとも一方の管端部に該ベローズ管部よりも肉厚の厚い金属製の管状部分を口金部として有するフレキシブルチューブを製造するための方法であって、
ベローズ管部になる部分とその少なくとも一方の端部に口金部になる部分とを連続して有する１本の金属製の管状素材を用意し、該管状素材は、口金部になる部分の肉厚がベローズ管部になる部分の肉厚よりも厚いものであり、
前記ベローズ管部になる部分の管壁を蛇腹状に加工してベローズ管部とし、それによって、ベローズ管部と口金部とが互いに連続し両者の境界部に接合構造が存在しないフレキシブルチューブを得ることを特徴とする、フレキシブルチューブの製造方法。
（６）上記管状素材が、ベローズ管部になる部分の両方の端部に口金部になる部分を有するものである、上記（５）記載の製造方法。
（７）さらに、上記管状素材が、ベローズ管部になる部分の両端間の中間部分に、該ベローズ管部になる部分よりも肉厚の厚い中間管状部分を有しており、
中間管状部分をそのままにして、その両側のベローズ管部になる部分の管壁を蛇腹状に加工してベローズ管部とし、それによって、ベローズ管部と中間管状部分とが互いに連続し両者の境界部に接合構造が存在しないフレキシブルチューブを得るものである、上記（５）または（６）記載の製造方法。
（８）切削および／または引き抜きによって、上記管状素材を形成するものである、上記（５）〜（７）のいずれかに記載の製造方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のフレキシブルチューブは、口金がベローズ管よりも厚い肉厚でありながら、ベローズ管と口金との間に接合構造が存在せず、両者が一本の直管素材から加工されてなる一体の連続構造物となっているために、接合加工に起因するリーク不良、材料劣化、変色などがない。
また、本発明の製造方法では、互いに別部品のベローズ管と口金とを１本に接合するのではなく、一本の管素材に、口金となる厚肉部分と、ベローズ管となる薄肉部分とを設けておき、これを用いてベローズ管と口金とが互いに連続した一体物へと加工しているので、高度な技術を要する接合工程が省略され、コストを低減させることも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の製造方法に言及しながら、本発明によるフレキシブルチューブの構成を説明する。
図１は、当該フレキシブルチューブおよびその製造工程を模式的に示す断面図である。当該チューブは、図１（ａ）に示すようにベローズ管部１を有し、かつ、その少なくとも一方の管端部に金属製の管状部分を口金部２として有する。このベローズ管部１と口金部２とは、図１（ｂ）に例示する１本の金属製の管状素材を加工することによって形成されたものであって、図１（ａ）に示すように、ベローズ管部１と口金部２との間の境界部３には、溶接やロウ付けのような接合構造が存在せず、両者は、１本の金属製の素材から形成された連続した組織として１つにつながっている。
【００１１】
このようなフレキシブルチューブを製造するには、先ず、図１（ｂ）に示す金属製の管状素材を用意する。該管状素材は、少なくとも一方の端部に口金部になる部分２ａを有し、その残りの部分にベローズ管部になる部分１ａを有する１本の管であって、これらの間の境界部分は、１本の素管として形成された連続した金属組織となっており、溶接やロウ付けなどの接合構造が存在しないものである。
前記の管状素材のうち、ベローズ管部になる部分１ａの管壁部に対してベローズ化加工を施すことによって、図１（ａ）に示すフレキシブルチューブが得られる。これが本発明による製造方法である。
【００１２】
当該フレキシブルチューブでは、口金部２は、該ベローズ管部の少なくとも一方の端部に設けられていればよいが、溶接などの接合構造を排除する点からは、ベローズ管部の両方の端部に設けられることが好ましい態様である。その場合には、管状素材として、ベローズ管部となる部分の両端に口金部となる部分を有するものを用意し、ベロース化加工を施し、当該フレキシブルチューブを得ればよい。
【００１３】
本発明では、口金部はベローズ管部よりも肉厚が厚い。口金部は、他の配管との接続に係る構造部分として十分な機械的強度が必要であり、ベローズ管部は、可撓性と気密性とを有する最小限の肉厚とすべきことから、口金部の肉厚をベローズ管部の肉厚よりも厚くするのが好ましい態様である。
【００１４】
口金部の肉厚をベローズ管部の肉厚よりも厚くする場合、管状素材の段階では、両者の内径、外径のいずれに差を設けてもよい。例えば、図２（ａ）の例では、両者の外径を同じにして、口金部になる部分２ａの内径だけを、ベローズ管部になる部分１ａの内径よりも小さくすることによって、口金部の肉厚をベローズ管部の肉厚よりも厚くしている。また、図２（ｂ）の例では、ベローズ管部になる部分１ａに対して、口金部になる部分２ａの内径を小さくしかつ外径を大きくすることによって、口金部の肉厚をベローズ管部の肉厚よりも厚くしている。
【００１５】
図１（ｂ）、図２（ａ）、（ｂ）に示すような、口金部の肉厚がベローズ管部の肉厚よりも厚くなっている管状素材を形成するには、管の内面および／または外面に対する切削（研磨を含む）加工、熱間または冷間においてダイスを用いた引き抜き加工（必要なさらなる熱処理は適宜施してよい）などが挙げられる。
【００１６】
図１（ｂ）に示すように、管状素材の境界部分３は、切り欠きによる応力集中が生じないよう、肉厚が滑らかに変化する態様が好ましい。一例を挙げると、口金部の肉厚を１ｍｍとし、ベローズ管部の肉厚を０．１ｍｍとする場合には、２ｍｍ〜３ｍｍ程度の長手方向の区間において、肉厚を１ｍｍから０．１ｍｍへと変化させる態様が好ましい。肉厚の変化率は、管の口径や肉厚の値に応じて適宜選択してよい。
【００１７】
管状素材、またはそれを加工して得た本発明によるフレキシブルチューブにおいて、「境界部に接合構造が存在しない」ことについては、例えば、１００倍〜４００倍程度の金属顕微鏡を用いて、口金部から境界部分を経てベローズ管部にいたる金属組織を観察すれば、溶接やロウ付けを行った場合に観察される金属組織が存在せず、両者が連続していることを明確に確認することができる。
管状素材を切削によって形成した場合には、口金部から境界部分を経てベローズ管部にいたるまでの金属組織はほぼ均一である。また、管状素材を引き抜きによって形成した場合には、金属組織は、口金部とベローズ管部とでは、ダイスによって加えられる圧縮などに起因する差異が生じるが、境界部分において連続的に変化する態様となる。
これに対して、異なる２つの部品（互いに同じ金属材料）を接合した場合には、たとえ直接的な溶着を行い、また同じ金属材料からなる溶接材やロウ材を用いた接合を行い、さらにその後に十分な熱処理を施したとしても、材料組成の点ではどの部分も等しくなるが、金属組織は境界部において明らかに不連続となる。
【００１８】
口金部は、通常の態様では肉厚が一定の直管状であるが、用途に応じて任意の曲管状であってもよく、肉厚が変化していてもよい。
また、口金部には、図４に示すように、さらに、ネジや管継手構造など、外部管路との接続のためのあらゆる構造を必要に応じて適宜設ければよい。そのような外部との接続のための構造は、口金部に対して溶接やロウ付けなどによって付加したものであってもよいし、口金部の外周や内周に直接加工されたメネジや溝などであってもよい。
【００１９】
管状素材のうちベローズ管部となるべき部分を蛇腹状に加工する方法自体については、公知のベローズ管加工技術を参照してもよく、例えば、液圧成形法、エラストマー成形法、連続ダイス成形法などが挙げれる。これらの加工法の詳細は、上記の非特許文献１に記載されている。
またさらに、上記特許文献１に示すように、加工された蛇腹状部分をさらに長手方向に圧縮し、内部の高圧により耐えることが可能なベローズ管部としてもよい。
【００２０】
管状素材の好ましい態様は直管（ただし、口金部になる部分と、ベローズ管部になる部分とを有するので、肉厚は部位によって異なる）あるが、用途に応じて任意の曲管であってもよい。
管状素材の材料、即ち、当該フレキシブルチューブの材料は、特に限定されないが、良好な耐食性と、高い機械的強度とを有する材料が好ましく、例えば、ステンレス、チタン、アルミニウム、銅、ニッケルなど、従来の金属ベローズに用いられている一般材料が挙げられる。また用途に応じて、銀、白金、金、耐熱性と耐食性とを有する種々の特殊合金（例えば、ハステロイ（登録商標）、インコネル（登録商標））などを用いてもよい。
【００２１】
ベローズ管部の全長（自然長）、肉厚、蛇腹のピッチ、山の外径（最大外径）、谷の外径、蛇腹の平均径、谷の内径（最少内径）、など、蛇腹の寸法諸元は限定されず、用途や要求に応じて決定すればよい。
汎用的な数値例を次に挙げるが、それらは本発明を限定するものではない。
ベローズ管部の肉厚としては０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度、蛇腹のピッチとしては０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度、山の外径（最大外径）としては５ｍｍ〜５０ｍｍ程度、谷の外径としては３ｍｍ〜４０ｍｍ程度が挙げられる。同じ肉厚・ピッチの蛇腹であっても、長さについては、適用箇所に応じて適当な寸法を選択すればよく、例えば、１０ｍｍ〜１００００ｍｍなど、任意である。
【００２２】
口金部の肉厚、内径（外径）、長さも、用途や要求に応じて、また、ベローズ管部の寸法諸元に適合するように適宜決定すればよい。
汎用的な数値例を次に挙げるが、それらは本発明を限定するものではない。
口金部の肉厚としては１ｍｍ〜５ｍｍ程度、内径としては３ｍｍ〜４０ｍｍ程度、長さは１０ｍｍ〜１００ｍｍ程度が挙げられる。
【００２３】
ベローズ管部と口金部とをどのような寸法同士で組合わせるかについても限定はないが、両者を一本の管状素材から形成する点や、一本の管状素材に肉厚の異なる部分を形成しておく点からは、好ましい組合わせが存在する。
例えば、口金部の肉厚ｔ２を、ベローズ管部の肉厚ｔ１以上の厚さとする場合、口金部の肉厚ｔ２は、ベローズ管部の肉厚ｔ１の１倍を越え２０倍程度以下、特に、１倍を越え１０倍程度以下とするのが、管状素材を加工する点からは好ましい範囲である。なお、厚さの数値が変わると、両者の肉厚の比率は同じではない場合があるので、それぞれの場合に応じて適宜好ましい肉厚の組合わせを選択すればよい。
また、口金部の内径と、ベローズ管部の内径とを同一寸法とする態様は、管内の流体の流れに対して抵抗が小さくなる好ましい態様である。
【００２４】
本発明のフレキシブルチューブは、口金部に加えてさらに、図３に示すように、ベローズ管部１の中間部分に、該ベローズ管部よりも肉厚の厚い中間管状部分４が存在していてもよい。中間部分とは、中央部分のみならず、ベローズ管部の両端間の任意の位置であってよい。
この態様においても、中間管状部分４とベローズ管部１との境界部分５には、口金部の場合と同様、接合構造は存在せず、ベローズ管部と中間管状部分とは、図３（ｂ）に例示するような１本の金属製の管状素材から、互いに連続するように形成されたものである。
このような中間管状部分は、支持用部材台や保持器具などを用いて当該フレキシブルチューブを直接支持する場合に有用となる。即ち、ベローズ管部は肉厚が薄いために支持や保持のための力を加えると容易に変形する恐れがあるが、中間管状部分は厚い管であるために変形し難い。従って、このような中間管状部分を支持や保持のための力を加える部分として利用すれば、当該フレキシブルチューブを、より強固に好ましく支持または保持することができるようになる。
上記のような態様のフレキシブルチューブを製作するには、図３（ｂ）に示すように、管状素材の段階で、ベローズ管部になる部分１ａの中間部分に、該ベローズ管部になる部分よりも肉厚の厚い中間管状部分４ａを設けておき、中間管状部分４ａをそのままにして、その両側のベローズ管部になる部分の管壁を蛇腹状に加工してベローズ管部とすればよい。
【００２５】
中間管状部分の肉厚は、管状素材の段階では、上述の口金部の場合と同様、両者の内径・外径のいずれに差を設けてもよい（図１（ｂ）、図２（ａ）、図２（ｂ））。
また、中間管状部分の肉厚がベローズ管部の肉厚よりも厚くなるような管状素材を形成するには、管の内面および／または外面に対する切削（研磨を含む）加工、熱間または冷間においてダイスを用いた引き抜き加工（必要なさらなる熱処理は適宜施してよい）などが挙げられる。
また、中間管状部分４とベローズ管部１との境界部分５は、上記口金部の場合と同様に、切り欠きによる応力集中が生じないよう、肉厚が滑らかに変化する態様が好ましい。肉厚の変化率は、管の口径や肉厚の値に応じて適宜選択してよい。
【実施例】
【００２６】
本実施例では、ベローズ管部の両端に口金部を有する管状素材を切削によって加工し、さらにベローズ管部に対して蛇腹化加工を施して、本発明によるフレキシブルチューブを製作した。
管状素材を形成するための素管の材料：ＳＵＳ３０４。
素管の肉厚（＝口金部の肉厚）：１ｍｍ。
素管の外径（＝口金部の外径）：１０ｍｍ。
素管の全長：４５０ｍｍ。
図１（ｂ）に示すように、素管の外側を旋盤によって切削し、ベローズ管部となる部分の外径を８．３ｍｍ（内径は８ｍｍ）とした。即ち、ベローズ管部となる部分の肉厚は０．１５ｍｍである。また、両端の口金部となる部分のそれぞれの実効長さを４０ｍｍとし、外径が連続的に変化する境界部として２．５ｍｍを確保した。結果、ベローズ管部となる部分の長さは約３６５ｍｍである。
【００２７】
ベローズ管部となる部分（図１（ｂ）に示すとおり、外径８．３ｍｍとなっている）を、外径１０ｍｍとなるまで膨らませた後、蛇腹化加工を施し、山部の管外径１０．８ｍｍ、谷部の管内径７．６ｍｍ、ピッチ２．４ｍｍ、蛇腹の有効全長２３０ｍｍのベローズ管部とし、本発明によるフレキシブルチューブを得た。
【００２８】
上記加工によって得られたフレキシブルチューブを観察したところ、ベローズ管部と口金部との間に接合部が無いために、リークが発生するような原因自体が無く、リーク試験を省略できることが確認された。また、ベローズ管部と口金部との境界部分が、溶接等による熱的な影響を受けていないため、この部分に材料の劣化が無いことが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
以上のとおり、本発明のフレキシブルチューブは、ベローズ管と口金とが接合構造を介さず直接的に一本の管から形成されたものである。よって、溶接やロウ付けに係る技術が必要なく、接合不良が根本的に存在しないので、金属組織の変化に起因する材料の劣化が無く、接合不良に起因するリーク不良も存在せず気密性が高い。また、困難な接合加工が省略される結果、加工コストを抑えることも可能である。
当該フレキシブルチューブは、一般的な配管用途の他、半導体製造装置、原子力発電設備、航空宇宙分野の設備や装置など、高度な密閉性を要求される設備や装置における配管用途、さらには水素燃料電池など高圧流体を取り扱う設備や装置における配管用途、強い振動を受ける部分における振動吸収配管用途などとしても有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明によるフレキシブルチューブの構造、および本発明による製造方法の工程における製品の変化を模式的に示す断面図である。同図では管の断面を中心線の片側（図では上側）だけを示し、下側は省略している。図２、図３も同様である。
【図２】口金部の肉厚をベローズ管部の肉厚よりも厚くする場合の、管状素材の態様を示した断面図である。
【図３】ベローズ管部の中間部に管状部分が設けられた態様を示した部分断面図である。端部の口金部は図示を省略している。
【図４】従来のフレキシブルチューブの構成を模式的に示した部分断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    ベローズ管部
１ａ  ベローズ管部になる部分
２    口金部
２ａ  口金部になる部分
３    境界部分
【図１】
2006083913.tif 000003
【図２】
2006083913.tif 000004
【図３】
2006083913.tif 000005
【図４】
2006083913.tif 000006